Назначение и устройство предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны — специальные устройства, предназначенные для защиты трубопроводной системы от воздействия повышенного давления, способного привести к ее повреждению. Клапан позволяет сбросить излишки рабочей среды в дренажную систему или атмосферу, чтобы вернуть уровень давления в нормальное состояние. После этого клапан закрывается.

Устройство и преимущества предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны выпускаются с различной конструкцией. Она зависит от типа и назначения устройства. Наиболее часто применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, у которых имеется задатчик с запорным органом, отвечающий за силовое воздействие на чувствительный элемент. Запорный орган состоит из затвора (золотника) и седла.

Этот тип трубопроводной арматуры активно применяется в трубопроводных системах с высоким давлением среды, благодаря своим преимуществам:

• Длительный срок службы.
• Простота обслуживания, эксплуатации.
• Несложная конструкция, легкость монтажа и подбора оптимальных настроек работы.
• Большой выбор габаритов и типов моделей, что позволяет легко подобрать подходящий предохранительный клапан в зависимости от требований системы.
• Стойкость к агрессивным средам.
• Возможность установки в различном положении.

Предохранительные клапаны регулируются после того, как будет осуществлен окончательный монтаж. Необходимо убедиться, что золотник прочно прижимает устройство к седлу — настройка осуществляется с помощью пружины и специального винта.

Принцип действия предохранительных клапанов

Принцип действия предохранительных клапанов довольно простой. При закрытом положении клапана на чувствительный элемент влияет рабочее давление всей системы. При возникновении любых процессов, из-за которых давление среды начинает повышаться, золотник перестает прижиматься к седлу. Как только сила обнуляется, запорный элемент отделяется от седла, и клапан открывается. Через открывшееся отверстие рабочая среда начинает удаляться, пока давление не снизится, и пружина не прижмет запорный элемент обратно к седлу.

Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки ниже в 10–15% до нормального уровня из-за того, что для обратной герметизации запорного элемента требуется большее усилие, чем для поддержания его в закрытом положении до сброса рабочей среды.

К предохранительным клапанам предъявляются высокие требования, главные из которых — скорость и четкость срабатывания, надежность использования. Это возможно за счет:

• Оперативного открытия при достижении порогового значения срабатывания устройства.
• При открытии клапана формируется достаточная пропускная способность для удаления излишков среды.
• Четкого закрытия системы при достижении допустимого уровня давления.
• Высокой герметичности и полного отсутствия протечек при обычном напоре среды, как до так и после срабатывания предохранительного клапана.
• Длительного срока эксплуатации и безотказной работы в течение паспортного времени работы, стабильность всех характеристик.

Все клапаны должны проходить периодические испытания на работоспособность и целостность уплотнительных элементов. Предохранительную арматуру демонтируют для ее последующей отправки в поверочную лабораторию, имеющую необходимую сертификацию для поверки изделий.

Разновидности клапанов предохранительного типа

По типу действия клапаны бывают: прямые и обратные. Первые предполагают срабатывание непосредственно под воздействие среды, на вторых применяется датчик давления и вентиль с дистанционным управлением.

По методу закрытия затвора выделяют клапаны:

• С пропорциональным действием, применяемые при малосжимаемых рабочих средах. Однако, имеется возможность применения при сжимаемой среде. Отличаются равномерным сбросом среды.
• С двухпозиционным действием с моментальным открытием при достижении предельного давления среды. Используется на трубопроводах, транспортирующих газообразную среду.

По высоте подъема замыкателя различают:

• Малоподъемные предохранительные клапаны с высотой подъема примерно 0,05 от диаметра седла. Такие устройства не применяются в промышленных целях, устанавливаются на бытовых и технических трубопроводах.
• Полноподъемные изделия работают на двухпозиционном механизме, и высота подъема равна или выше диаметра седла. Отличаются повышенной пропускной способностью, более сложной конструкцией и высокой стоимостью.

Чем выше степень подъема, тем оперативнее будет срабатывать клапан. Полноподъемные изделия применяются для транспортировки жидких и газообразных сред в системах высокого давления. Их конструкция позволяет легко сбросить большой объем рабочей среды.

Различия в конструкциях предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны различаются по своей конструкции. Многие устройства выпускаются с одним седлом, но встречаются модели и с двумя седлами, расположенными рядом.

Пружинные клапаны

Этот тип предохранительной арматуры больше всего распространен в бытовых системах водонагрева, водопровода и отопления. В них золотник прижимается к седлу стальной пружиной, а регулировка степени предварительного сжатия осуществляется за счет перемещения регулировочного винта.

Многие модели оснащаются рычагом принудительного открытия для возможности проверки работоспособности устройства. Примечание: контрольная ручная продувка не используется на клапанах, эксплуатирующихся в опасных условиях. При работе в агрессивных средах элементы клапанов покрываются специальными антикоррозионными составами, а шток уплотняется двойным фторопластовым или резиновым сальником.

Рычажно-грузовые клапаны

Этот конструкционный тип использует силу земного притяжения для противодействия силе напоры. Рычажно-грузовые предохранительные клапаны устанавливаются в четко определенном положении и не могут монтироваться на перемещающихся объектах. Вес груза переходит к золотнику через шток, уравновешивая его, пока давление не опустится до необходимого уровня.

В случае высоких значений напора габариты рычагов и грузов значительно увеличиваются. Они могут входить в резонанс и вибрировать. Чтобы исключить данные эффекты, используются двухседельные клапаны с регулировкой посредством добавления/устранения размещенного на рычаге груза. Эти изделия отличаются стабильными характеристиками, отсутствием старения стальных пружин.

Магнитно-пружинные клапаны

Этот тип предохранительных клапанов относится к устройствам непрямого действия, в которых соленоид приводит в действие запор. При нормальном положении он прижимается к седлу электромагнитом, а при повышении давления напряжение на катушке автоматически отключается, золотник отжимается, открывая затвор.

Иногда встречается конструктивное исполнение, при котором соленоид не только прижимает золотник, но и отжимает его из-за воздействия противоположно приложенного напряжения. Основное преимущество — возможность изменения пороговых значений без физического доступа к арматуре.

Стандарты предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны изготавливаются по ГОСТ и допускаются к использованию в соответствии со следующими отраслевыми стандартами, ТУ и ПБ:

• Правила безопасности для сосудов и установок давления — ПБ03-576-03.
• Американский стандарт для сосудов под давлением Boiler & Pressure Vessel Code.
• Предохранительные клапаны ГОСТ 24570.

Проектирование, изготовление и эксплуатация предохранительной аварийной арматуры курируется специальными уполномоченными органами, ответственными за соблюдение требований отраслевых стандартов на любом этапе создания и применения оборудования. В России данную функцию осуществляет Ростехнадзор.